基于蛋白质组和代谢组动态变化分析的大气细颗粒物健康效应研究新方法

Recently, airborne fine particulate matters (PM) have been paid more and more attention, and it is imperative to study the relationship between their physical/chemical properties and health effects. In this project, we will develop novel quantitative methods for proteome and metabonome analysis, to achieve the high sensitive, high accuracy and high throughput analysis of whole proteomes, post-modifications of histones, secretome and metabonome of cells, as well as plasma proteome and metabonome of model animals, and apply them to study the dynamic analysis of proteins and metabolites in A549 cell, and rat plasma exposed to PM. By further bioinformatic analysis, we would like to find PM exposure related proteins and metabolites. All these results will provide significant techniques and key data to study the health effects of PM based on exposome strategy.

近年来，大气细颗粒颗粒物已成为备受关注的空气污染物。然而，其理化性质与健康效应之间的关系仍亟待深入研究。本项目拟通过发展蛋白质组和代谢组定量分析新方法，实现全细胞蛋白质组、组蛋白翻译后修饰、分泌蛋白质组、血浆蛋白质组和代谢组的高灵敏度、高准确度和高通量分析；将其用于不同大气细颗粒物组成和剂量暴露下的肺上皮细胞A549，以及分别经滴注和呼吸暴露的大鼠血浆蛋白质和代谢物动态变化的规模化分析；结合生物信息学技术分析其作用通路，发现与暴露相关的蛋白质和代谢物。为进一步开展基于暴露组学的雾霾健康效应研究和风险评估提供重要技术支撑和关键数据。

近年来，大气细颗粒颗粒物已成为备受关注的空气污染物。然而，其理化性质与健康效应之间的关系仍亟待深入研究。针对该问题，本项目建立了基于离子液体的细胞全蛋白质组深度覆盖精准定量方法、细胞组蛋白质翻译后修饰深度覆盖精准定量方法、细胞分泌蛋白质组深度覆盖精准定量方法、血浆蛋白质组深度覆盖精准定量方法以及代谢生物小分子深度覆盖精准定量方法；对不同暴露剂量下的人支气管上皮细胞和大鼠模型进行了系统的分析。发现冬季和夏季暴露影响的代谢物所涉及的相关代谢通路并不完全相同。除了共同影响氨基酸相关代谢外，夏季颗粒物暴露还主要影响了糖代谢通路，对脂类代谢通路影响较弱；而冬季颗粒物暴露还主要影响了脂类、嘌呤以及部分糖代谢通路。冬季与夏季颗粒物暴露引起的蛋白质组变化也不完全相同。两者进入细胞内，均会作用于线粒体和溶酶体，可以诱导DNA、线粒体损伤以及异常折叠蛋白沉积，从而引起相关蛋白质信号通路发生变化，最终可能导致机体发生哮喘、肺炎、以及神经退性等疾病的发生。此外，冬季PM2.5还作用于细胞膜表面蛋白介导的相关信号通路，可能引起机体发生肺炎、肺癌、糖尿病、动脉粥样硬化等代谢综合征。另外发现雾霾暴露会激活Integrin信号通路，而其与细胞的增殖、存活、迁移及分化等细胞生物学过程都密切相关，说明Integrin信号通路可能是雾霾暴露导致疾病的新机制。相关研究成果发表SCI论文24篇，申请专利16件，其中授权专利6件，培养博士研究生9名。本项目研究成果能够为大气细颗粒物健康效应评估提供了关键技术和基础数据。